携帯電話、ラップトップ、電気自動車を使用する人は、リチウムに頼る必要があります。この要素には大きな需要があります。リチウムは世界中で十分に供給されていますが、リチウムの入手と抽出は依然として困難で非効率的なプロセスです。
学際的な技術者と科学者のチームは、汚染された水からリチウムを抽出する方法を開発しています。
米国科学アカデミーの議事録に今週発表された新しい研究は、塩水からリチウムを抽出するプロセスを簡素化し、より大きな供給を生み出し、電気自動車、エレクトロニクス、その他幅広いデバイスに電力を供給するためのバッテリー部品のコストを削減する可能性がある。
現在、リチウムは、太陽蒸発によって南米の塩水から最も一般的に得られ、これは高価なプロセスであり、数年かかる場合があります。また、このプロセスでは大量のリチウムが失われます。
テキサス大学オースティン校とカリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究チームは、リチウムとナトリウムなどの他のイオンを正確に分離できる膜を設計し、切望された元素を収集する効率を大幅に向上させました。
テキサス大学オースティン校のマッケッタ化学工学科のベニー・フリーマン教授は、「この研究結果はリチウムの主な資源制約を解決する上で非常に重要であり、電池の石油・ガス生産から生成された水からリチウムを抽出し、論文の共同執筆者である」と述べた。
塩水に加えて、石油・ガス生産による排水にもリチウムが含まれていますが、現在開発されていません。研究者は、テキサス州のイーグルフォードシェールの油圧破砕による水は、わずか1週間で300台の電気自動車電池または170万台のスマートフォンに十分なリチウムを生産できると述べた。この例は、リチウム供給を大幅に増加させ、それに依存する機器のコストを削減する上で、この新技術の機会の規模を示しています。
この発見の核心は、特定の化学的機能を有するリガンドであり、いくつかのイオンを結合することができるクラウンエーテルを使用して研究者によって作られた新しいポリマー膜である。クラウンエーサーは、これまで水処理膜の一部として適用または研究されていませんが、それらはリチウム抽出、水中の特定の分子の重要なコンポーネントであり得ます。
ほとんどのポリマーでは、ナトリウムはリチウムよりも速く膜を通過します。しかし、これらの新しい材料では、塩水を含むリチウムの一般的な汚染物質であるナトリウムよりも速くリチウムが移動します。コンピュータモデリングを通じて、チームはこれが起こった理由を見つけました。ナトリウムイオンはクラウンエーサーと組み合わせてそれらを遅くし、リチウムイオンは結合していないままであり、ポリマーをより速く通過することができます。
これらの知見は、膜科学の新たなフロンティアを表し、ポリマー合成、膜特性解析、モデリングとシミュレーションの分野における大学間の包括的な協力を必要とする。この研究は、米国エネルギー省が出資するUTオースティンエネルギーフロンティア研究センターである水エネルギーシステム材料センターによって支援されました。